Melyek a túlfeszültség-védelem komponensei?

A Weidmüller villám- és túlfeszültségvédelmi megoldásaiban gázlevezetőket, varisztorokat vagy elnyomó diódákat alkalmaz komponensként. Az egyes elektromos alkatrészek eltérően viselkednek válaszreakcióban és levezetőképességben.

Gázkisüléses cső

Gázkisüléses cső

GDT

Varisztor

Varisztor

MOV

Fojtódióda

Fojtódióda

TAZ

Gázlevezető / Gáztöltésű túlfeszültség-levezetők

Gázkisüléses cső

  • Funkcióját durvavédelemként definiáljuk
  • Kóborárammentes technológia
  • A megszólalási idő mikroszekundum tartományban van
  • Magas levezetőképesség kis méretű szerkezeti kialakítással

Gázleválasztó szerkezeti kialakítás

Két elektróda nemesgázt (pl. argont vagy neont) zár közre, az elektródák a gázkisütési kamrában aktiváló bevonattal vannak ellátva. Léteznek olyan gázcsapdák is, amelyek további gyújtási segédeszközzel rendelkeznek.

Amint a két elektróda közé olyan feszültség kerül, amely eléri vagy meghaladja az ún. UZ1 gyújtófeszültséget, a gáz ionizálódik, a gázleválasztó begyullad, így az impulzusáram áramolhat. Ez az áram addig áramlik, amíg a két elektróda közötti feszültség le nem csökken az UZ2 ívégetési feszültség alá. Mivel azonban úgynevezett hálózati követőáram is előfordulhat, ezek vezérléséről is gondoskodni kell.

A gázleválasztó gyújtási jelleggörbéje

Normál, nem begyújtott üzemelés esetén a gázleválasztó cső rendkívül magas elektromos tartóssággal rendelkezik. Csak begyújtás után csökken az érték rendkívül alacsonyra. A gázleválasztó cső által levezethető nagy impulzusenergiák miatt ezt a védelmi szintet durvavédelemnek is nevezzük.

Mivel kóborárammentes, a gázlevezetőket tartalmazó villámáram-levezető felszerelhető a villanyóra elé is. A gázleválasztó cső reakció ideje mikroszekundum nagyságrendű, így a varisztorokhoz és elnyomó diódákhoz képest viszonylag lassúnak tekinthető.

Varisztor

Varisztor

  • Funkcióját közepes védelemként definiáljuk
  • Feszültségfüggő ellenállás
  • A megszólalási idő nanoszekundum tartományban van
  • Nincs hálózati követőáram

A varisztor felépítése

A napjainkban elsődlegesen használt fém-oxid varisztorok kb. 90%-ban cink-oxidból és 10%-ban egyéb fém-oxidokból állnak. A port összenyomják, szinterezik, majd ónozott vörösréz-vezetékkel látják el csatlakozásként.

A méretek alapján következtetni lehet a műszaki adatokra is. A korong varisztor vastagsága például a varisztorfeszültség mértékét jelzi, míg a korong átmérője a megengedett lökőáram nagyságára utal.

A varisztor jelleggörbéje

A varisztor jellemzője a szimmetrikus áram-feszültség. A feszültség növekedésével a varisztor ellenállása csökken, ezáltal jó levezetőképességet biztosít.

Hátránya azonban, hogy a varisztorok bizonyos mértékű elhasználódásnak vannak kitéve. Túl gyakori vagy túl nagy energiájú kisütés esetén a varisztor belsejében lévő diódaszemcsék „átötvöződhetnek”. Emiatt a varisztor már nem képes megfelelően blokkolni a névleges feszültségtartományban, és az áram keresztüláramolhat a komponensen (kóboráram).

Ez a kóboráram annyira felmelegítheti a félvezető emeleteket, hogy a varisztorok hőmérsékletét is figyelni kell. Ezért előfeszített rugót és olyan forrasztott csatlakozást kell használni, amely adott hőmérsékleten megolvad, és így biztonságosan leválasztja a levezetőt a hálózati feszültségről. A varisztor megszólalási ideje gyorsabb, mint a gázleválasztóé, és a nanoszekundum tartományba esik.

Fojtódióda

Fojtódióda

  • Funkcióját finomvédelemként definiáljuk
  • Alacsony áramterhelhetőség (néhány 100 A nagyságrendben)
  • A megszólalási idő pikoszekundum tartományban van

Az elnyomó dióda jelleggörbéje

Az elnyomó dióda jelleggörbéjét a záróirányú UR feszültség, a letörési UB feszültség és a határoló UC feszültség határozza meg.

Amint a túlfeszültség meghaladja a letörési UB feszültséget, a dióda rendkívül alacsony ellenállásúvá válik, és kisüti az áramot (amper tartományban) a föld felé. Az UC határoló feszültség körülbelül a névleges feszültség 1,8-szorosa, és olyan értékre korlátozza a feszültséget, amely biztonságos az adott terheléshez.

Következtetés

A három komponens – a gázleválasztó, a varisztor és az elnyomó dióda – előnyei és hátrányai:

Gázleválasztó és szikraköz

  • Nagyon magas energia / nagyon magas áram
  • Magas nyitóirányú feszültség
  • Követőáram

Varisztor

  • Magas energia / magas áram
  • Átlagos nyitóirányú feszültség
  • Nincs követőáram

Fojtódióda

  • Alacsony energia / alacsony áram
  • Alacsony nyitóirányú feszültség
  • Nincs követőáram

Kombinált áramkör

A villám- és túlfeszültségvédelmi modulokban gyakran kombinálnak többféle komponenst. Az egyes komponensek az optimális munkaterületön belül üzemelhetnek, ami növeli a túlfeszültségvédő készülék teljes hatásfokát. A kombinált áramkörök gyors reakcióidőt, nagy energiaelnyelő képességet és még hatékonyabb túlfeszültség elleni védelmet biztosítanak.

Letöltések

Tanácsadás és támogatás

Fajka Géza

Műszaki szakértő